Rango del acelerómetro

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El rango del acelerómetro define la aceleración máxima medible que un sensor puede registrar con precisión sin saturarse. Los fabricantes especifican este parámetro como un valor simétrico a escala completa, como ±2 g, ±8 g, ±16 g, ±50 g o ±100 g, donde 1 g = 9,80665 m/s². El rango seleccionado determina la aceleración máxima de entrada e influye directamente en la resolución de la medición, la cuantificación y el rendimiento en cuanto al ruido.

Un acelerómetro convierte el desplazamiento de la masa de prueba en una salida digital mediante un convertidor analógico-digital (ADC). Para un ADC de N bits, el paso de cuantificación teórico es

$$\Delta a = \frac{2A_{FS}}{2^N},$$

donde $A_{FS}$ es el rango positivo a escala completa. Al aumentar el rango de medición, se amplía el bit menos significativo (LSB), lo que reduce la resolución teórica del sensor. Aunque los modernos sensores inerciales Aunque suelen mantener una resolución digital constante adaptando la ganancia interna, la densidad de ruido efectiva suele aumentar a medida que se amplían los rangos de medición.

Si se selecciona un rango insuficiente, se produce saturación de la salida cada vez que

$$|a| > A_{FS},$$

lo que impide que el sensor refleje la aceleración real. La saturación provoca recortes y altera la integración inercial. Esto degrada rápidamente la estimación de la velocidad y la posición en un INS. Por el contrario, seleccionar un rango excesivamente amplio reduce la sensibilidad a las aceleraciones de baja intensidad. Esto disminuye la relación señal-ruido (SNR), especialmente durante las mediciones cuasiestáticas.

Dinámica en aplicaciones reales

El rango óptimo del acelerómetro depende de la dinámica prevista de la aplicación. La topografía de precisión, la cartografía móvil y las plataformas marítimas estabilizadas suelen dar prioridad a un bajo nivel de ruido. Estos sistemas funcionan con rangos moderados, normalmente de ±2 g a ±8 g. Las plataformas de alta dinámica requieren rangos más amplios para evitar la saturación durante maniobras agresivas. Algunos ejemplos son los misiles, las municiones de vuelo prolongado, los UAV de competición, los vehículos de lanzamiento y los sistemas de monitorización de impactos.

En la navegación inercial, el rango del acelerómetro nunca debe considerarse de forma aislada. Debe evaluarse junto con la inestabilidad del sesgo, la precisión del factor de escala y el ancho de banda. Otros parámetros críticos son el error de rectificación de vibraciones (VRE), la frecuencia de muestreo y la densidad de ruido. Un rango seleccionado adecuadamente garantiza que el sensor permanezca dentro de su región de funcionamiento lineal. Esto maximiza la fidelidad de la medición y mejora la estimación de la actitud. En última instancia, mejora la precisión de la navegación por estima y INS general INS en entornos operativos exigentes.